JP6871797B2 - Photoelectric converter - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
特許文献1には、行方向及び列方向に配列された複数の画素と、列ごとに設けられた読み出し回路とを備える光電変換装置が開示されている。読み出し回路には、外部から入力される参照電圧を保持する保持部と、参照電圧が入力される演算増幅部とが設けられている。また、読み出し回路は、演算増幅部が画素から出力された信号を増幅する際に外部と保持部との間を電気的に遮断するスイッチ部を備えている。特許文献1によれば、参照電圧の時間的変動を抑えることができるため、参照電圧の外乱ノイズに起因して画像に現れる横縞状のランダムノイズを低減できる旨が記載されている。 Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion device including a plurality of pixels arranged in a row direction and a column direction, and a readout circuit provided for each column. The read-out circuit is provided with a holding unit that holds a reference voltage input from the outside and an arithmetic amplification unit that receives a reference voltage. Further, the read circuit includes a switch unit that electrically cuts off between the outside and the holding unit when the arithmetic amplification unit amplifies the signal output from the pixel. According to Patent Document 1, since the temporal fluctuation of the reference voltage can be suppressed, it is described that the horizontal striped random noise appearing in the image due to the disturbance noise of the reference voltage can be reduced.
しかしながら、特許文献1の図6のように列ごとに保持部が設けられている場合において、保持部を構成するホールド容量の周辺の回路にリークが存在すると、ホールド容量に保持された参照電圧が読み出し期間中に変動し得る。複数の列の間で参照電圧が異なる状態で読み出しが行われると、取得される画像に縦縞状のノイズが生じ得る。 However, in the case where the holding portion is provided for each row as shown in FIG. 6 of Patent Document 1, if a leak exists in the circuit around the holding capacitance constituting the holding portion, the reference voltage held in the hold capacitance becomes It can fluctuate during the read period. If the reading is performed with different reference voltages among the plurality of columns, vertical stripe noise may occur in the acquired image.
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、縦縞状のノイズを低減し得る光電変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of reducing vertical stripe noise.
本発明の一観点によれば、複数の画素が複数の列をなすように配列された画素アレイと、前記画素アレイにおける前記複数の列に対応して設けられ、前記画素から信号を読み出す複数の列読み出し回路が配列された読み出し部と、を備え、前記複数の列読み出し回路の各々は、参照電圧線から供給される参照電圧を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記参照電圧を基準として前記画素から出力された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部が前記画素から出力された信号を増幅する際に、前記参照電圧線と前記保持部とを電気的に非接続とするスイッチ部と、を含み、第1の列読み出し回路の前記保持部と、前記第1の列読み出し回路とは異なる第2の列読み出し回路の前記保持部とが前記参照電圧線を介さずに接続されている、あるいは前記参照電圧線を介さずに接続可能な構成を更に備える、ことを特徴とする光電変換装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is a pixel array in which a plurality of pixels are arranged so as to form a plurality of rows, and a plurality of pixels arranged corresponding to the plurality of rows in the pixel array and reading signals from the pixels. Each of the plurality of column read circuits includes a reading unit in which row reading circuits are arranged, and a holding unit that holds a reference voltage supplied from a reference voltage line, and the reference voltage held by the holding unit. When the amplification unit amplifies the signal output from the pixel and the amplification unit amplifies the signal output from the pixel, the reference voltage line and the holding unit are electrically disconnected from each other. The holding portion of the first row read circuit and the holding portion of the second row read circuit different from the first row read circuit, including the switch unit, do not pass through the reference voltage line. Provided is a photoelectric conversion device further comprising a configuration which is connected or can be connected without using the reference voltage line.
縦縞状のノイズを低減し得る光電変換装置を提供することができる。 It is possible to provide a photoelectric conversion device capable of reducing vertical striped noise.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る光電変換装置の回路構成図である。光電変換装置は、画素アレイ10、読み出し部20、水平転送回路30、垂直走査回路40及び水平走査回路50を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. The photoelectric conversion device includes a
画素アレイ10は、複数の行及び複数の列をなすように配列された複数の画素PXを含む。図1には、説明の簡略化のために、画素PXが2行4列の行列状に配された画素アレイ10を示しているが、行及び列の個数は特に限定されるものではない。また、図1には説明の便宜上、行番号をm、列番号をnとして、各画素にPXmnの符号を付記している(m及びnは自然数)。例えば、第1行第2列に位置する画素PXはPX12と表記している。
The
各画素PXの回路構成を説明する。画素PXは、光電変換素子11、転送トランジスタ12、リセットトランジスタ13、増幅トランジスタ14及び選択トランジスタ15を備える。光電変換素子11は、例えばフォトダイオードである。光電変換素子11のアノードは接地されており、光電変換素子11のカソードは転送トランジスタ12のソースに接続されている。転送トランジスタ12のドレインはリセットトランジスタ13のソース及び増幅トランジスタ14のゲートに接続されている。転送トランジスタ12のドレイン、リセットトランジスタ13のソース及び増幅トランジスタ14のゲートの接続ノードは、フローティングディフュージョン領域(以下、「FD領域」と表記する)を構成する。リセットトランジスタ13のドレイン及び増幅トランジスタ14のドレインは、電源電圧VDDを供給する電源電圧線に接続されている。増幅トランジスタ14のソースは、選択トランジスタ15のドレインに接続されている。
The circuit configuration of each pixel PX will be described. The pixel PX includes a photoelectric conversion element 11, a
なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。また、ソースとドレインは、総称として主電極と呼ばれることもある。 The names of the source and drain of the transistor may differ depending on the conductive type of the transistor, the function of interest, and the like, and the above-mentioned source and drain may be referred to by the opposite names. In addition, the source and drain are sometimes collectively referred to as main electrodes.
画素アレイ10の各列には、列方向に延在する垂直出力線16がそれぞれ配されている。垂直出力線16は、列方向に並ぶ複数の画素PXの選択トランジスタ15のソースにそれぞれ接続されており、同一列の画素PXに対し共通の信号線をなしている。垂直出力線16には、不図示の電流源が接続されている。これにより、増幅トランジスタ14及び電流源は、FD領域の電位に応じた電圧を垂直出力線16に出力させるソースフォロワ回路を構成する。
A
画素アレイ10の各行には、行方向に延在する複数の制御信号線がそれぞれ配されている。それぞれの制御信号線は、行方向に並ぶ画素PXmnに共通の制御信号線をなしており、垂直走査回路40に接続されている。それぞれの制御信号線は、制御信号P1を伝送するリセット信号線、制御信号P2を伝送する転送信号線及び制御信号P3を伝送する行選択信号線を含む。垂直走査回路40は、転送信号線を介して、対応する行の転送トランジスタ12のゲートに制御信号P2を出力する。また、垂直走査回路40は、リセット信号線を介して、対応する行のリセットトランジスタ13のゲートに制御信号P1を出力する。また、垂直走査回路40は、選択信号線を介して、対応する行の選択トランジスタ15のゲートに制御信号P3を出力する。
A plurality of control signal lines extending in the row direction are arranged in each row of the
読み出し部20は、画素アレイ10の各列に対応して設けられた列読み出し回路Rを有する。図1には説明の便宜上、列番号をnとして、各列読み出し回路にRnの符号を付記している。例えば、第1列に位置する列読み出し回路RはR1と表記している。
The
各列読み出し回路Rの回路構成を説明する。列読み出し回路Rは、クランプ容量21、遮断トランジスタ22、参照電圧保持容量23、演算増幅器24、帰還容量25、クランプトランジスタ26、サンプルホールドトランジスタ(SHトランジスタ)27、サンプルホールド容量(SH容量)28を備える。各列読み出し回路Rには、行方向に延在する複数の制御信号線及び1つの参照電圧線が配されている。複数の制御信号線には、光電変換装置の外部の制御部等から制御信号P4、P5、P6が供給される。参照電圧線には、当該制御部等から参照電圧V1が供給される。
The circuit configuration of each column readout circuit R will be described. The column readout circuit R includes a
各列の垂直出力線16は、対応する列の列読み出し回路Rのクランプ容量21の一端に接続されている。クランプ容量21の他端は、演算増幅器24の反転入力端子、帰還容量25の一端及びクランプトランジスタ26の一方の主電極に接続されている。帰還容量25の他端及びクランプトランジスタ26の他方の主電極は、演算増幅器24の出力端子に接続されている。クランプトランジスタ26のゲートには制御信号線を介して制御信号P4が入力されている。
The
演算増幅器24の非反転入力端子は、参照電圧保持容量23の一端及び遮断トランジスタ22の一方の主電極に接続されている。参照電圧保持容量23の他端は接地されている。遮断トランジスタ22の他方の主電極には参照電圧線から参照電圧V1が供給される。遮断トランジスタ22のゲートには制御信号線から制御信号P5が入力される。なお、参照電圧保持容量23の他端は、電位が固定されている低インピーダンスの配線に接続されていればよく、その電位は接地電位に限られない。例えば、参照電圧保持容量23の他端は、電源電位が供給される配線に接続されていてもよい。参照電圧保持容量23は、参照電圧線から供給される参照電圧V1を保持する保持部としての機能を有する。演算増幅器24は、参照電圧保持容量23に保持された参照電圧V1を基準として画素PXから出力された信号を増幅する増幅部としての機能を有する。遮断トランジスタ22は、演算増幅器24が画素PXから出力された信号を増幅する際に、参照電圧線と参照電圧保持容量23とを電気的に非接続とするスイッチ部としての機能を有する。
The non-inverting input terminal of the
また、第1列の列読み出し回路R1の参照電圧保持容量23の一端は、隣接する第2列の列読み出し回路R2の参照電圧保持容量23の一端と配線Wで接続されている。また、第2列の列読み出し回路R2の参照電圧保持容量23の一端は、更に、隣接する第3列の列読み出し回路R3の参照電圧保持容量23の一端とも配線Wで接続されている。このようにして、本実施形態の例では、すべての列の参照電圧保持容量23の一端が遮断トランジスタ22とは別の経路である配線Wで接続されている。隣接する列の参照電圧保持容量23を配線Wで接続することにより低いインピーダンスでの接続が可能であり、接続された参照電圧保持容量23の電位を同一に近づけることができる。
Further, one end of the reference
なお、すべての列の参照電圧保持容量23の一端が接続されていることは必須ではない。少なくとも、ある1つの列読み出し回路(第1の列読み出し回路)の参照電圧保持容量23と、第1の列読み出し回路とは異なる他の列読み出し回路(第2の列読み出し回路)の参照電圧保持容量23とが接続されていればよい。
It is not essential that one end of the reference
図1では互いに隣接する列の参照電圧保持容量23同士が接続されているが、互いに隣接する列の参照電圧保持容量23同士を接続せず、離れた列の参照電圧保持容量23同士を接続する構成であってもよい。この構成例については第3実施形態において述べる。
In FIG. 1, the reference
演算増幅器24の出力端子は、更に、SHトランジスタ27の一方の主電極に接続されている。SHトランジスタ27の他方の主電極には、SH容量28の一端が接続されている。SHトランジスタ27のゲートには制御信号線から制御信号P6が入力される。SH容量28の他端は接地されている。SHトランジスタ27及びSH容量28は、サンプルホールド回路を構成する。
The output terminal of the
水平転送回路30は、各列の列読み出し回路Rに対応して配された水平転送トランジスタ31と、水平転送線32と、トランジスタ33と、差動増幅器34とを有する。各水平転送トランジスタ31の一方の主電極は、対応する列の列読み出し回路RのSH容量28の一端に接続される。各水平転送トランジスタ31の他方の主電極は、水平転送線32に接続される。各列の水平転送トランジスタ31のゲートには、水平走査回路50から出力された制御信号Hn(nは列番号)が入力される。水平転送線32は、差動増幅器34の非反転入力端子及びトランジスタ33の一方の主電極に接続される。差動増幅器34の反転入力端子と出力端子は接続されており、差動増幅器34は、水平転送線32の電位を出力信号OUTとして出力させるボルテージフォロワを構成している。トランジスタ33の他方の主電極には外部の制御部等からリセット電圧V2が入力される。トランジスタ33のゲートには、外部の制御部等から制御信号P7が入力される。制御信号P7に応じてトランジスタ33がオンになると、水平転送線32がリセット電圧V2にリセットされる。
The
図2は、第1実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャートである。図2を参照しつつ、光電変換装置の1行分の読み出し動作を説明する。時刻T1の直前において、制御信号P5はハイレベルであり、遮断トランジスタ22はオン状態となっている。これにより、参照電圧保持容量23は、参照電圧V1でリセットされている。同時刻において、制御信号P1、P2、P3、P4、P6はいずれもローレベルであり、リセットトランジスタ13、転送トランジスタ12、選択トランジスタ15、クランプトランジスタ26及びSHトランジスタ27はいずれもオフ状態となっている。
FIG. 2 is a timing chart of the photoelectric conversion device according to the first embodiment. The reading operation for one line of the photoelectric conversion device will be described with reference to FIG. Immediately before the time T1, the control signal P5 is at a high level and the
時刻T1において、制御信号P5はローレベルになり、遮断トランジスタ22はオフになる。これにより、参照電圧線と参照電圧保持容量23とが電気的に非接続となり、参照電圧保持容量23には参照電圧V1が保持される。
At time T1, the control signal P5 goes low and the
時刻T2において、制御信号P1、P3がハイレベルになり、リセットトランジスタ13及び選択トランジスタ15はオンになる。これにより、FD領域が電源電圧VDDによりリセットされ、FD領域のリセット状態に基づく電圧が垂直出力線16に出力される。また、同時刻において、制御信号P4がハイレベルになり、クランプトランジスタ26もオンになる。これにより、演算増幅器24の反転入力端子と出力端子が接続され、ボルテージフォロワの回路となる。したがって、演算増幅器24の反転入力端子と出力端子のノードは、参照電圧V1にリセットされる。
At time T2, the control signals P1 and P3 go high, and the
時刻T3において、制御信号P1はローレベルになり、リセットトランジスタ13はオフになる。これにより、FD領域がフローティング状態となる。時刻T4において、制御信号P3、P4がローレベルになり、選択トランジスタ15及びクランプトランジスタ26はオフになる。このとき、クランプ容量21にはFD領域のリセット状態に基づく電圧がクランプされる。また、演算増幅器24の出力は、帰還容量25を介して反転入力端子に帰還される。以上により、演算増幅器24、クランプ容量21及び帰還容量25は、参照電圧V1を基準として、クランプ容量21の帰還容量25に対する容量比に応じた利得での増幅動作を行う。
At time T3, the control signal P1 goes low and the
時刻T5において、制御信号P2、P3がハイレベルになり、転送トランジスタ12及び選択トランジスタ15はオンになる。これにより、所定の露光期間内に光電変換素子11に蓄積された電荷がFD領域に転送される。このときのFD領域の電位の変化により、垂直出力線16に生じる電圧は、入射光により生じた電荷に基づくFD領域の電位変化がリセット状態の電圧に重畳したものとなる。クランプ容量21にはFD領域のリセット状態に基づく電圧がクランプされているので、リセット状態の成分がキャンセルされ、演算増幅器24では、入射光に相当する光信号電圧に対して増幅動作が行われる。
At time T5, the control signals P2 and P3 go high, and the
時刻T6において、制御信号P2がローレベルになり、転送トランジスタ12はオフになる。これにより電荷の転送が終了する。時刻T7において、制御信号P3がローレベルになり、選択トランジスタ15はオフになる。このとき、画素PXと垂直出力線16との電気的接続が解除される。
At time T6, the control signal P2 goes low and the
時刻T8から時刻T9の期間において、制御信号P6が一時的にハイレベルになり、SHトランジスタ27はオン状態になる。これにより、演算増幅器24から出力される信号がSH容量28に保持される。時刻T10において、制御信号P5がハイレベルになり、遮断トランジスタ22はオンになる。これにより、参照電圧保持容量23は、再び参照電圧V1でリセットされる。
During the period from time T8 to time T9, the control signal P6 is temporarily raised to a high level, and the
以上の動作により、1行分の画素PXからの信号が読み出され、SH容量28に保持される。以降、図2には不図示であるが、制御信号H1、H2、H3、…が順次ハイレベルになり、水平転送トランジスタ31が順次オンになる。これにより、各列のSH容量28に保持されている信号が、出力信号OUTとして、光電変換装置の外部にシリアルに出力される。
By the above operation, the signal from the pixel PX for one line is read out and held in the
本実施形態では、各列の列読み出し回路Rの参照電圧保持容量23は配線Wにより電気的に接続されている。参照電圧保持容量23の周辺の回路にリークが存在する場合、参照電圧保持容量23に保持された参照電圧V1が読み出し期間中に変動し得る。複数の列の間で参照電圧V1が異なる状態で読み出しが行われると、取得される画像に縦縞状のノイズが生じ得る。リークに起因する列読み出し回路Rからの出力電圧の変化ΔVは、以下の式1のように表される。
ここで、ILは、リーク電流である。Tは、参照電圧V1が保持され、その後、読み出しが完了するまでの時間である。図2に示す例においては、Tは、時刻T1から時刻T9までの時間に相当する。Gは、列読み出し回路Rの利得であり、クランプ容量21の帰還容量25に対する容量比に応じた値となる。kは、参照電圧保持容量23が電気的に接続されている個数である。Cは、参照電圧保持容量23の容量値である。
Here, I L is the leakage current. T is the time from when the reference voltage V1 is held until the reading is completed. In the example shown in FIG. 2, T corresponds to the time from time T1 to time T9. G is the gain of the column reading circuit R, and is a value corresponding to the capacitance ratio of the
式1から理解されるように、出力電圧の変化ΔVは、接続される参照電圧保持容量23の個数に反比例する。したがって、特許文献1の図6のような各列の参照電圧保持容量23が接続されていない場合(式1においてk=1)に比べ、本実施形態の構成では、出力電圧の変化ΔVが小さくなる。そのため、本実施形態によれば縦縞状のノイズを低減し得る光電変換装置を提供することができる。また、本実施形態の光電変換装置は、製造上の要因により参照電圧保持容量23の周辺の回路に軽微なリークが存在した場合であっても画質に与える影響が小さく、不良とはなりにくいため、歩留まりを向上させることができる。
As can be understood from Equation 1, the change ΔV of the output voltage is inversely proportional to the number of reference
なお、式1によれば接続される参照電圧保持容量23の個数kは大きければ大きいほど、出力電圧の変化ΔVを小さくすることができる。しかしながら、被写体のコントラストが大きい場合のように、水平方向(図1における横方向)に信号のレベルが大きく異なる場合には、演算増幅器24の消費電流、動作状態等が列ごとに大きく異なることがある。このような場合には、演算増幅器24の消費電流、動作状態等の列ごとの違いによる影響が周囲の画素PXにクロストークすることがある。また、接続される参照電圧保持容量23の個数kを大きくし過ぎるとクロストークの影響が顕著になる。クロストークの影響を十分に小さくするためには、接続される参照電圧保持容量23の個数kを、画素アレイ10の列の個数をnとしたとき、(n/100)個以下とすることが望ましい。また、上述のリークによるノイズを低減する効果を得るためには少なくとも2個の参照電圧保持容量23が接続される必要がある。これらを考慮すると、接続される参照電圧保持容量23の個数kは、2個以上、かつ、(n/100)個以下であることが望ましい。
According to Equation 1, the larger the number k of the connected reference
図1に示された回路構成では遮断トランジスタ22は列読み出し回路Rのそれぞれに設けられているが、他の行から配線を経由して参照電圧V1を印加できるよう構成されていれば、一部の行の遮断トランジスタ22を省略してもよい。また、列読み出し回路Rに用いられる回路は演算増幅器24を用いるものに限定されるものではなく、参照電圧が入力され得るものであれば、他の構成の増幅器であってもよい。例えば、演算増幅器24はコンパレータであってもよい。
In the circuit configuration shown in FIG. 1, the breaking
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る光電変換装置を、図3を参照して説明する。図3は、第2実施形態に係る光電変換装置の構成図である。本実施形態において、第1実施形態と異なる部分は参照電圧保持容量23が接続トランジスタ29を介して隣接する列の参照電圧保持容量23と接続されている点である。その他の点については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the photoelectric conversion device according to the second embodiment. In the present embodiment, the difference from the first embodiment is that the reference
各列の列読み出し回路Rは、接続トランジスタ29を更に備える。列読み出し回路R1の接続トランジスタ29の一方の主電極(第1の主電極)は、列読み出し回路R1の参照電圧保持容量23に接続されている。列読み出し回路R1の接続トランジスタ29の他方の主電極(第2の主電極)は、列読み出し回路R2の参照電圧保持容量23に接続されている。他の列についても同様に、接続トランジスタ29を介して隣接する列の参照電圧保持容量23同士が接続されている。接続トランジスタ29のゲートには、制御信号P8が入力される。制御信号P8がハイレベルである場合には、接続トランジスタ29がオン状態であり、隣接する列の参照電圧保持容量23同士が電気的に接続される。また、制御信号P8がローレベルである場合には、接続トランジスタ29がオフ状態であり、隣接する列の参照電圧保持容量23同士が電気的に非接続となる。
The column read-out circuit R of each column further includes a
接続トランジスタ29をオンにするか否かは参照電圧保持容量23の周辺の回路にリークが存在するか否かに基づいて決定することができる。リークが存在するか否かの判断は、例えば、光電変換装置の出荷検査又は調整工程の結果に基づいて行うことができる。参照電圧保持容量23の周辺の回路にリークが存在すると判断された場合には、制御信号P8をハイレベルに維持して隣接する列の参照電圧保持容量23同士を電気的に接続とさせることにより、ノイズを低減させることができる。また、リークがないと判断された場合は、制御信号P8をローレベルに維持して隣接する列の参照電圧保持容量23同士を電気的に非接続とすることにより、クロストークの影響を低減させることができる。このように本実施形態では、接続トランジスタ29を設けることにより、リークの有無に応じて隣接する列の参照電圧保持容量23同士を電気的に接続させるか否かを変更することができ、より効果的にノイズを低減することができる。
Whether or not to turn on the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る光電変換装置を、図4を参照して説明する。図4は、第3実施形態に係る光電変換装置の構成図である。本実施形態において、第2実施形態と異なる部分は、ある列の参照電圧保持容量23が、隣接する列の参照電圧保持容量23とは接続されておらず、その次の列の参照電圧保持容量23と接続トランジスタ29を介して接続されている点である。その他の点については、第2実施形態と同様であるため説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, the photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of the photoelectric conversion device according to the third embodiment. In the present embodiment, the difference from the second embodiment is that the reference
列読み出し回路R1の接続トランジスタ29の一方の主電極は、列読み出し回路R1の参照電圧保持容量23に接続されており、列読み出し回路R1の接続トランジスタ29の他方の主電極は、列読み出し回路R3の参照電圧保持容量23に接続されている。列読み出し回路R2の接続トランジスタ29の一方の主電極は、列読み出し回路R2の参照電圧保持容量23に接続されており、列読み出し回路R2の接続トランジスタ29の他方の主電極は、列読み出し回路R4の参照電圧保持容量23に接続されている。このように、接続トランジスタ29を介して、隣接する列以外の列の参照電圧保持容量23同士が接続されている。
One main electrode of the
このように、隣接する列以外の列の参照電圧保持容量23同士を電気的に接続可能な構成とすることにより、隣接列間のクロストークの影響が低減され、クロストークの影響によるノイズが生じにくくなる。なお、図4においては、1列おきに参照電圧保持容量23同士が接続され得る構成となっているが、2列以上空けて参照電圧保持容量23同士が接続され得る構成としてもよい。
In this way, by configuring the reference
[第4実施形態]
次に、上述の実施形態による固体撮像装置を適用した装置の例を説明する。図5は、本実施形態による撮像システム500の構成を示すブロック図である。図5に示す固体撮像装置400は、上述の第1乃至第3実施形態で述べた光電変換装置のいずれかを用いた固体撮像装置である。固体撮像装置400が適用可能な撮像システム500としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図5に、上述の実施形態に記載の固体撮像装置400を適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。
[Fourth Embodiment]
Next, an example of an apparatus to which the solid-state image sensor according to the above-described embodiment is applied will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
図5に例示した撮像システム500は、固体撮像装置400、被写体の光学像を固体撮像装置400に結像させるレンズ502、レンズ502を通過する光量を可変にするための絞り504、レンズ502の保護のためのバリア506を有する。レンズ502及び絞り504は、固体撮像装置400に光を集光する光学系である。
The
撮像システム500は、また、固体撮像装置400から出力される出力信号の処理を行う信号処理部508を有する。信号処理部508は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部508は、固体撮像装置400より出力される出力信号に対してAD(Analog-to-Digital)変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、固体撮像装置400の内部には、必ずしもAD変換回路を有する必要はない。
The
撮像システム500は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部510、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)512を有する。更に撮像システム500は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体514、記録媒体514に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)516を有する。なお、記録媒体514は、撮像システム500に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
The
更に撮像システム500は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部518、固体撮像装置400と信号処理部508に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部520を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム500は、少なくとも固体撮像装置400と、固体撮像装置400から出力された出力信号を処理する信号処理部508とを有すればよい。全体制御・演算部518及びタイミング発生部520は、上述の実施形態における制御信号の生成、参照電圧の生成等の光電変換装置の制御に関する機能の一部又は全部を実行するように構成してもよい。
Further, the
固体撮像装置400は、画像用信号を信号処理部508に出力する。信号処理部508は、固体撮像装置400から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部508は、画像用信号を用いて、画像を生成する。
The solid-
第1乃至第3実施形態による光電変換装置を用いた固体撮像装置400を含んで撮像システムを構成することにより、ノイズがより低減された撮像システムを実現することができる。
By configuring the image pickup system including the solid-state
[第5実施形態]
図6(a)及び図6(b)は、本実施形態による撮像システム600及び移動体の構成を示す図である。図6(a)は、車戴カメラに関する撮像システム600の一例を示したものである。撮像システム600は、固体撮像装置400を有する。固体撮像装置400は、上述の第1乃至第3実施形態のいずれかに記載の光電変換装置を用いた固体撮像装置である。撮像システム600は、固体撮像装置400により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部612と、撮像システム600により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差算出部614を有する。また、撮像システム600は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部616と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部618と、を有する。ここで、視差算出部614や距離計測部616は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部618はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
[Fifth Embodiment]
6 (a) and 6 (b) are diagrams showing the configuration of the
撮像システム600は、車両情報取得装置620と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム600には、衝突判定部618での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU630が接続されている。すなわち、制御ECU630は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム600は、衝突判定部618での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置640とも接続されている。例えば、衝突判定部618の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU630はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置640は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
The
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム600で撮像する。図6(b)に、車両前方(撮像範囲650)を撮像する場合の撮像システム600を示した。車両情報取得装置620は、撮像システム600を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。第1乃至第3実施形態による光電変換装置を用いた固体撮像装置400を含む本実施形態の撮像システム600は、測距の精度をより向上させることができる。
In the present embodiment, the periphery of the vehicle, for example, the front or the rear, is imaged by the
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。 In the above explanation, an example of controlling so as not to collide with another vehicle has been described, but it can also be applied to control for automatic driving following other vehicles, control for automatic driving so as not to go out of the lane, and the like. is there. Further, the imaging system can be applied not only to a vehicle such as a own vehicle but also to a moving body (moving device) such as a ship, an aircraft, or an industrial robot. In addition, it can be applied not only to mobile objects but also to devices that widely use object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).
[その他の実施形態]
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。
[Other Embodiments]
It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features. For example, an embodiment in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment or a part of the configuration of another embodiment is replaced with another embodiment is also an embodiment to which the present invention can be applied. Should be understood.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
10 画素アレイ
20 読み出し部
22 遮断トランジスタ
23 参照電圧保持容量
24 演算増幅器
PX 画素
R 列読み出し回路
V1 参照電圧
10
Claims (8)
前記画素アレイにおける前記複数の列に対応して設けられ、前記画素から信号を読み出す複数の列読み出し回路が配列された読み出し部と、
を備え、
前記複数の列読み出し回路の各々は、
参照電圧線から供給される参照電圧を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記参照電圧を基準として前記画素から出力された信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部が前記画素から出力された信号を増幅する際に、前記参照電圧線と前記保持部とを電気的に非接続とするスイッチ部と、
を含み、
第1の列読み出し回路の前記保持部と、前記第1の列読み出し回路とは異なる第2の列読み出し回路の前記保持部とが前記参照電圧線を介さずに接続されている、あるいは前記参照電圧線を介さずに接続可能な構成を更に備える、
ことを特徴とする光電変換装置。 A pixel array in which multiple pixels are arranged in multiple rows, and
A reading unit provided corresponding to the plurality of rows in the pixel array and in which a plurality of row reading circuits for reading signals from the pixels are arranged.
With
Each of the plurality of column readout circuits
A holding unit that holds the reference voltage supplied from the reference voltage line,
An amplification unit that amplifies the signal output from the pixel with reference to the reference voltage held in the holding unit.
A switch unit that electrically disconnects the reference voltage line and the holding unit when the amplification unit amplifies a signal output from the pixel.
Including
The holding portion of the first row reading circuit and the holding portion of the second row reading circuit different from the first row reading circuit are connected without the reference voltage line, or the reference. Further equipped with a configuration that can be connected without going through a voltage line ,
A photoelectric conversion device characterized by this.
前記第1の列読み出し回路の前記保持部は、前記接続トランジスタの第1の主電極に接続され、前記第2の列読み出し回路の前記保持部は、前記接続トランジスタの第2の主電極に接続され、
前記接続トランジスタがオン状態になることにより、前記第1の列読み出し回路の前記保持部と、前記第2の列読み出し回路の前記保持部とが電気的に接続する
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 The connectable configuration further includes a connecting transistor having a first main electrode and a second main electrode.
The holding portion of the first row readout circuit is connected to the first main electrode of the connecting transistor, and the holding portion of the second row readout circuit is connected to the second main electrode of the connecting transistor. Being done
Claim 1 is characterized in that, when the connection transistor is turned on, the holding portion of the first row read circuit and the holding portion of the second row read circuit are electrically connected. The photoelectric conversion device according to the above.
前記参照電圧線を介さずに、前記第1の列読み出し回路の前記保持部と接続される、あるいは前記接続可能な構成を介して接続され得る前記保持部の個数は、前記第1の列読み出し回路の前記保持部及び前記第2の列読み出し回路の前記保持部を含めて、2個以上、かつ、(n/100)個以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 When the number of rows of the pixel array is n,
The number of the holding parts that can be connected to the holding part of the first row reading circuit without going through the reference voltage line or can be connected through the connectable configuration is the number of the holding parts that can be connected to the first row reading circuit. Any one of claims 1 to 5, wherein the number of the holding portion of the circuit and the holding portion of the second row reading circuit is two or more and (n / 100) or less. The photoelectric conversion device according to the section.
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴とする撮像システム。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 6.
An imaging system including a signal processing unit that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する移動体制御手段と
を備えることを特徴とする移動体。 It ’s a mobile body,
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 6.
A distance information acquisition means for acquiring distance information to an object from a parallax image based on a signal from the photoelectric conversion device, and
A moving body including a moving body control means for controlling the moving body based on the distance information.
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